激光微加工技术的发展与应用

激光加工技术

摘 要

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一种加工新技术，涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科。由于激光加工热影响区域小，光束方向性好，几乎可以加工任何材料。常用来进行选择性加工，精密加工。由于激光加工的特殊特点，其发展前景广阔，目前已广泛应用于激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、切削加工，快速成形，激光钻孔和基板划片，半导体处理等。

关键词：原理 、应用﹑ 新技术 、精密加工 、

引言

激光是本世纪的重大发明之一，具有巨大的技术潜力。专家们认为，现在是电子技术的全胜时期，其主角是计算机，下一代将是光技术时代，其主角是激光。激光因具有单色性、相干性和平行性三大特点，特别适用于材料加工。激光加工是激光应用最有发展前途的领域，国外已开发出20多种激光加工技术。激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。

激光加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等。用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。激光能适应任何材料的加工制造，尤其在一些有特殊精度和要求、特别场合和特种材料的加工制造方面起着无可替代的作用。

正文

1﹑激光加工技术的原理及其特点

1．1激光加工的起源

早期的激光加工由于功率较小，大多用于打小孔和微型焊接。到20世纪70年代，随着大功率二氧化碳激光器、高重复频率钇铝石榴石激光器的出现，以及对激光加工机理和工艺的深入研究，激光加工技术有了很大进展，使用范围随之扩大。数千瓦的激光加工机已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料热处理等方面。各种专用的激光加工设备竞相出现，并与光电跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术相结合，大大提高了激光加工机的自动化水平和使用功能。

飞秒激光微加工技术在微加工中的应用

1飞秒激光加工微结构

基于能量高度集中、热影响区小、无飞溅无熔渣、不需特殊的气体环境、无后续工艺、双光子聚合加工精度可达0．7μm等优势，飞秒激光在诱导金属微结构加工应用方面和精细加工方面都取得了很大的进展。

(1>孔加工在1mm厚的不锈钢薄片上，飞秒激光进行了具有深孔边缘清晰、表面干净等特点的纳M级深孔加工(如图1a>；在金属薄膜上，钛宝石飞秒激光加工制备出了微纳M级阵列孔(如图1b>，孔径最小达2.5μm，孔直径在2．5～10μm间可调，最小间距可达10μm，很容易实现10-50μm间距调整。

(2>金属材料表面改性1999年，德国汉诺威激光中心Nolte S等人首次报道了结合钛宝石飞秒激光三倍频光(260 nm>和SNOM(扫描近场光学显微镜>在金属镉层制出了线宽仅200 nm的凹槽。为以后的无孔径近场扫描光学显微镜(ANSOM>取代SNOM奠定了基础，获得了高达70 nm的空间分辨率，开拓了远场技术在纳M范围下的物理化学特性以及输运机制的研究。 (3>金属纳M颗粒加工自1993年Henglein A等人首次利用激光消融法制备金属纳M颗粒以来，许多研究小组制备出高纯度、粒度分布均匀的金属纳M颗粒。Link H等人进一步控制飞秒激光的能流密度和照射时间，将金属纳M棒完全融化为金属纳M点。与其它激光脉冲相比，飞秒激光改变的金属颗粒尺寸大小和特定形状，使金属纳M颗粒特别是贵金属(Au、Hg、Pt、Pd等>在催化、非线性光学、医用材料科学等领域具有广阔的应用前景。

(4>金属掩模板加工 新加坡南洋科技大学Venkatakrishnan K等人利用飞秒激光直写方法制作了以金属薄膜为吸收层、石英为基底的金属掩模板，并将前入射与后入射两种方案作了比较，发现采用前入射的方法能够得到更小的特征尺寸和好的边缘质量。并且利用飞秒激光超衍射极限加工有效地修补了金属镉掩模板的缺陷，修复的线宽达到小于100 nm的精度。目前构建的飞秒激光修正光掩模板工具已在IBM的柏林顿、佛蒙特州的掩模制作设备中运行。这对微电子技术的发展将具有重要意义。

激光精密制造技术在航空航天中的应用前景

随着现代科技的不断发展，激光技术已经成为了众多领域中不可或缺的一部分。激光不仅在工业生产中发挥了极大的作用，同时也在医疗、通讯、军事以及航空航天等领域得到了广泛应用。尤其在航空航天技术中，激光技术的发展和应用可谓是一次革命性的飞跃。本文将就激光精密制造技术在航空航天中的应用前景进行探讨。

一、激光技术在航空航天中的应用现状

航空航天是一个高度技术密集型的领域，在这个领域中，激光技术的应用已经相当广泛。例如，激光技术可以用来制造航空发动机内部所需的高精度零部件。通过激光微加工技术，可以达到高精度的加工效果，精度甚至可以达到微米级别。激光加工技术不仅可以用于制造传统的航空零部件，甚至还可以用来制造高端复合材料，这种材料的强度和韧性远远超过传统材料，可以为航空航天的节能环保做出重要贡献。

另外，在飞行控制中，激光技术也发挥了重要作用。激光测距技术可以高精度地测量飞机与地面之间的距离，从而精确地掌握飞机的高度和姿态，有效保证了航班的安全。

二、激光精密制造技术在航空航天中的应用前景

1. 更高精度的加工效果

目前，激光技术已经成为了航空航天制造中不可或缺的一部分。从传统的喷涂加工到3D激光打印技术，激光技术已经逐渐成为了航空航天制造中的主流技术。这些技术有效提高了制造效率和产品质量。在大型飞机叶片的制造中，激光加工技术可以实现高精度的加工效果，从而有效提高整个制造效率。

2. 创新型制造

通过激光技术的应用，我们可以实现更为创新的航空航天制造方式。例如，打印出一整个引擎组件，而不是像传统生产线一样组装成单个零部件。这种生产方式可以大大降低整个生产成本，同时提高了产品质量。随着激光技术的不断发展，我们可以期待航空航天制造方式的进一步突破。

3. 能源节约

激光精密制造技术的应用对能源的节约也大有裨益。在航空航天工业中，激光技术的应用可以减少材料的浪费，从而节省了能源。在机身加工中，传统的机床切削可以达到的平均废料率约为25％，但使用激光切割技术，废物率大大减少。同时，在引擎制造方面，激光微细加工还可以实现零部件的精准配合，有效提高了燃油消耗效率。

飞秒激光在材料微加工中的应用篇一

咱今天唠唠飞秒激光在材料微加工里的那些事儿。我有个朋友，在一家搞精密仪器小零件加工的厂子里上班，有回他跟我一通抱怨，说传统加工那些小零件，尤其是那种几毫米还带超精细纹路的，简直要把人折磨疯。

就拿切割来说，用普通刀具，那速度得放得超慢，稍微快一点，零件“咔嚓”就裂了，纹路也歪七扭八，废品率高得老板直跳脚。这时候，飞秒激光就像个“超级英雄”登场了。飞秒激光脉冲持续时间极短，短到啥程度呢，一秒里光脉冲闪的次数，咱数都数不过来，是以飞秒来算的，一飞秒就是 10 的 -15 次方秒，这概念是不是听着脑袋都大了，反正就是超级短。

我跟着朋友去他们厂子参观见识过，那飞秒激光设备一开，对着一块要加工的薄片材料，激光头就跟个神奇画笔似的。因为脉冲短，产生的热量来不及扩散，对材料周边几乎没啥热影响，所以切出来的边缘，光滑得就跟镜子似的，摸起来一点毛刺没有。朋友说以前给一些高端手表零件加工，要雕出品牌 logo，普通工艺雕出来，logo 边缘模糊，返工好几次。用飞秒激光后，精细度直线上升，品牌方来验收，眼睛瞪得像铜铃，直夸活儿漂亮，订单立马追加。

在微钻孔上，飞秒激光更是一绝。像那种给电子芯片散热用的微小孔洞，用传统钻机，钻头一进去，材料受力不均，孔洞周围全是裂缝，芯片直接报废。飞秒激光就不一样，它聚焦在材料上的一点，能量高度集中，轻轻松松就钻出完美小孔，孔径均匀，周围材料稳如泰山，一点损伤没有。

还有在材料表面打标，我见过给一些限量版钢笔打标，用飞秒激光刻上专属编号和图案，深浅一致，图案精美，钢笔身价瞬间翻番。从金属到陶瓷，再到各种塑料，飞秒激光都能因材施“光”，根据不同材料特性调整参数，在微观世界里精雕细琢。

我朋友现在上班可积极了，废品少了，奖金多了，成天念叨这飞秒激光是他们厂的财神爷。它让材料微加工从“粗笨手工”迈进“精细艺术”，未来，肯定还有更多惊喜等着咱，说不定哪天咱身边的小物件，都是飞秒激光一手打造的“限量精品”呢！ 这就是飞秒激光在材料微加工里实实在在的本事，改写着制造业的精细篇章。